智能家居的設計方案范文

導語：如何才能寫好一篇智能家居的設計方案，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關鍵詞：家庭網絡；WLAN技術；OPNE

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）30-0196-02

1 WLAN概述

近幾年，移動通信技術從2G到4G，使移動設備也能享受到有線寬帶的網速，但在移動用戶較密集的區域網速總是十分慢。其次，在建筑內，網絡信號因為穿透性的阻礙，信號強度也不夠高。對于室內和人口密集的局部區域，我們的期望不再是網絡的移動性，而是更偏向于網絡的速度和穩定性。WLAN技術利用射頻的技術，使用電磁波，取代舊式礙手礙腳的雙絞銅線所構成的局域網絡，在空中進行通信連接，使得無線局域網絡能利用簡單的存取架構讓用戶透過。

2 家庭網絡設計方案及仿真

2.1 仿真軟件OPNET簡介

OPNET就是一個網絡仿真技術軟件包，它能夠準確的分析復雜網絡的性能和行為，在網絡模型中的任意位置都可以插入標準的或用戶指定的探頭，以采集數據和進行統計。通過探頭得到的仿真輸出可以以圖形化顯示、數字方式觀察、或者輸出到第三方的軟件包去。其產品結構有ItDecisionGuru、Modeler、Modeler/Radio三個模塊組成，能為用戶提供一系列的仿真模型庫，在電信、軍事、航天航空、系統集成、咨詢服務、大學、行政機關等方面被廣泛應用。

2.2家庭網絡設計方案

基于WLAN室內組網設計的應用場景，仿真對象為100*100m的住宅環境，針對家庭網絡進行組網設計。首先，對網絡設備進行設置，以太網入戶，一臺以太路由器進行協議轉換，并且以太路由器可以將有線信號轉換為Wi-Fi信號，提供給家庭移動互聯設備使用。其次，若家庭面積較大或因建筑結構問題，有的區域內無法完全被Wi-Fi信號覆蓋，則需要進行擴展，這里我們選用10Base-T，即傳輸速度10Mbps的非屏蔽雙絞線進行有線連接，選用3com公司的小型交換機作為以太路由的擴展，實現家庭網絡的全覆蓋。

本次家庭網絡設計的過程是先了解家庭網絡的結構，其次進行初步設計。初步設計使用VISIO進行模擬，繪制網絡拓撲圖，給出家庭網絡的初步設計思想，即網絡的結構組成。然后通過OPNET進行對應的網絡模型搭建，搭建完后選取需要收集的結果統計量，最后進行網絡性能分析。

2.3家庭網絡建模

2.4 OPNET網絡仿真配置及相關數據量的采集

完成建模后，對網絡進行參數配置，這里對每個無線節點及路由器選擇802.11g協議，傳輸速率設置為54 Mbps，仿真時間設置為300s，這些在仿真過程中為不變量。為了對比網絡性能，可變參數為節點數量及門限值。門限值對比我們選擇系統默認的none和門限值256進行對比。

3 仿真的網絡性能及結果分析

3.1減少移動節點后的網絡的性能變化

移動無線節點的數量變化，會影響家庭網絡的性能。因此，減少節點數目后，再次研究網絡的數據丟失率，延遲，負載，吞吐量就可以知道節點數目對網絡性能的影響。由于節點數量的減少，吞吐量峰值從21000bit/sec下降到13000bit/sec，其次，網絡的負載峰值從34000bits/sec降到18000bits/sec。

3.2改變門限值后網絡性能的變化

門限值也是影響網絡性能的一個重要參數。拆分門限就是指以字節的形式給出拆分門限及除了最后一個包以外的數據的大小，任何從高層接收的數據如果其大小大于此門限值，都要在MAC層進行拆分，在無線接口上分片進行傳輸。門限值為特殊值none表明不對任何數據分片，門限值256表示以256字節為拆分標準。

由圖可以看出，拆分門限值從0變到256時，網絡的數據丟失率下降，但是因為對于大于256字節的數據要進行分片傳輸，因此信道易造成擁堵，導致平均延遲時間變大。其次，門限值的加入使限制了負載和吞吐量，因此門限值為0的負載峰值能達到35000bits/sec，吞吐量峰值能達到22500bits/sec；但是門限值為256的負載峰值達到22000bits/sec，吞吐量峰值達到17000bits/sec。

4 仿真性能分析及結論

網絡的整體性能隨著負載的增加，吞吐量也逐漸變大。當負載達到某個值時，網絡的性能達到最優，但是隨著網絡負載的繼續增加，當負載達到一個峰值時，由于負載過大，延遲也會隨著負載的變化逐漸達到最大值，之后隨著負載的穩定，延遲也逐漸趨于穩定。

減少網絡的節點數目，會導致網絡的負載量減小，吞吐量也隨之較小，但是網絡延遲因為負載的降低而減小，因此節點數目的減小使網絡在傳輸的即時性上性能提高。

增加門限值，由于每次傳輸前要對數據進行分片，因此使網絡延遲增加，降低了即時性。但是同時，由于分片處理，網絡的數據丟失率明顯降低，提高了網絡的可靠性和穩定性。門限值的加入，使負載和吞吐量也受到影響，兩者都相應地降低 。

參考文獻：

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[6] 胡祝幫.智能化家庭網絡的現狀與未來發展[J].建設科技，2002（6）.

篇2

【關鍵詞】智能家居安防監控系統設計軟件實現

由于社會財富與個人財富的不斷增長與積累，人類對于家居安全與獨立的意識不斷提高，因此，智能家居在一開始就緊緊抓住了人類的需要，并且必將有個宏闊的發展前途。而智能家居的安防監控系統也處在永不止步的創新設計中，對此，安防監控的軟件開發肩負著家居安防監控系統智能化的重任。

一、簡介智能家居安防監控系統

1.1智能家居的含義

智能家居，就是指利用一種家居智能化的系統，使用家居總線技術來連接家中的各種設備，通過連接后，也就是將所有的家具設備都集中在一起，之后再對這些集中起來的設備進行異地的控制、監視，以此來達到對主人指定的家居事物的管理。同時，在智能家居的安裝中，需要注意的一個問題是，智能家居的裝置需要與整個住宅的環境相協調，做到現代監控設備與住宅的和諧，不影響住宅原先的審美。

1.2智能家居安防監控系統

智能家居安防監控系統，集眾多高科技技術于一身，如數據、通訊、圖像以及計算機的實時系統集成等等，智能家居安防監控系統實現了網絡化、數字化、智能化的住宅安全管理。智能家居安防監控系統，通常由四大子系統組成，分別為防盜報警系統，視頻監控系統，火災報警系統和煤氣泄漏的報警系統。目前，家居安防系統，是由緊急求助按鈕、紅外探測器、煙感探頭、紅外護欄、氣體泄漏探頭、報警主機以及報警廣播等等部分組成的。此外，有些家居安防系統還會連接到個人的計算機上，這是為了有效地監測險情，及時的感知入侵，并做出最快的防護措施。而還有少部分的住宅還安裝了視頻監控設備，如某些豪華的大型住宅。

二、家居安防系統的設計

最初的安防監控系統都是用于公共場合，為了保證大多數人的共同利益，對需要進行監控的地方進行監督的一種方式，像大型的公共活動場所，醫院、銀行等等類似的場所，而家居的安防監控與這些公共場所不一樣的是，家居的監控安防就是為了保證住宅主人的安全和隱私，預防打擊住宅外的入侵者。所以，在家居的安防監控系統設計上，肯定也就與大型公共空間的監控理念與監控原則不一樣，設計上也會有很大的出入。一般來說，家居安防監控的實現大致有四種方案，雖然家居安防監控系統的結構幾乎是大同小異，這些結構主要包括：紅外防衛欄、紅外廣角探測器、紅外幕簾探測器、門磁性傳感器、燃氣泄漏探測器、微電腦主機、手機、報警中心。感煙火災探測器、卷閘門離合傳感器、緊急按鈕。但是，根據對這些結構的具體側重的不同，就產生了不同的具體方案。

（1）報警控制主板+配件。這個方案的優點是，由于配件齊全，所以能及時傳遞消息到主人的個人電腦和手機上，也可以給110報警。但是這個方案也有自身的缺點，那就是，這個報警方案只是用于警示入侵者，沒有視頻錄像文件，所以發生盜竊等事故案件后，很難抓獲違法嫌疑人。（2）計算機、電腦攝像頭和監控報警軟件三者合一。這個方案自然是彌補了第一個方案中的缺陷，有直接的錄像視頻文件，而且安裝簡單，造價也不高。但是，這里存在的問題是電腦黑客的信息盜竊，因為攝像頭與家中連接了互聯網絡的計算機是相連接的。（3）網絡攝像機。這是當前較為流行的一種方案，這里只需要兩個配件，那就是網絡攝像機和路由器，唯一的工作就是配置好路由器，再用網線把網絡攝像機與路由器連接起來。優點是網絡攝像機可以自動實現遠程監控，但缺點也突出，因為網絡攝像機的造價比較高昂，而且也容易受黑客的襲擊。（4）視屏采集、監控軟件、攝像機和電腦的組合。這個方案因為考慮周全，一般用于需要重點監控保護的地方，方案成熟，也能滿足住宅主人的需要，但是缺點是，配件太多，所以網線繁復，同時必須要有合適的監控軟件的命令才能完成。

三、軟件研發探討

3.1家居安防監控系統軟件

對于一個功能成熟的家居安防監控系統，不僅需要齊全的硬件設備，同時也必須要有一個完善的軟件系統作為平臺來管理，而軟件平臺幾乎是整個家居安防監控系統的中樞神經，軟件的靈活與否直接關系到整個家居安防監控系統的操作，靈活的軟件是智能家居安防監控系統的靈魂，操控著所有設備的協調工作。而且，想要設備達到智能化，必須依靠軟件的命令來完成。

目前較為人熟知的軟件系統設計，是使用UML為建模語言的軟件系統設計。智能家居安防監控系統的軟件設計，主要有三個部分，軟件平臺搭建，系統功能模塊通訊的軟件設計以及系統功能模塊的軟件設計。智能家居安防監控系統軟件又包括4個部分，分別為操作系統，boot loader，用戶應用程序和文件系統。

3.2軟件研發的未來方向―――IMOS

當前的安防監控系統已經完全進入了網絡監控的時代，這是時代的需要，也還是時代的趨勢。2009年，根據市場的現實需要，業界推出了IMOS―――IP多媒體操作系統。IMOS作為一種開放的多功能的軟件平臺，從本質上說，IMOS就是一個通用的操作系統與中間件平臺。IMOS，與傳統的安全防護軟件平臺以及安全防護軟件中間件對比，具備很多特點及優點。（1）在IP監控解決方案中，IMOS的地位是核心支撐平臺，IMOS所針對的，不僅僅是上層的管理平臺，需要優化支撐網絡監控中的網絡緩存、編解碼器和網絡傳輸交換，同時，IMOS在支持跨區域聯網監控系統上也十分方便，滿足系統的全局需要，如看、存、控、管以及用各項業務。（2）IMOS作為開放的軟件平臺，可以通過使用通用I/O引擎，實現管理各種設備，如：安防報警，SCADA與門禁等。（3）IMOS的開放度十分廣，不只局限于上層應用，它還可以提供更多更豐富的二次開發手段。（4）IMOS由于是多媒體應用平臺，因此可以更方便的實現視頻點播、視訊會議、視頻直播、即時通信等等。

IMOS作為一種多功能的安防監控軟件的開放平臺，它能滿足當前人類的各種需要，如果把IMOS軟件應用在家居的安防監控系統中，對各種設備進行命令，也必將達到家居安防監控系統的智能化。

參考文獻

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[4]羅穎.基于BAC net門禁系統的研究與設計[J].武漢理工大學學報：信息與管理工程版，2007，29（12）：73-76.

篇3

關鍵詞 STM32；智能家居；Wifi

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2013）12-0014-02

隨著通信技術、計算機技術、網絡技術、控制技術的迅猛發展與提高，家庭實現了生活現代化、環境舒適化、居住安全化，對家居的智能化要求越來越高。智能家居是以住宅為平臺，利用綜合布線技術、網絡通信技術、智能家居——系統設計方案安全防范技術、自動控制技術、音視頻技術將家居生活有關的設施集成，構建高效的住宅設施與家庭日程事物的管理系統，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術性，并實現環保節能的居住環境。智能家居不僅能給用戶提供安全、健康和舒適的生活環境，而且用戶能夠遠程監控自己的家居狀態和控制家庭電器設備。

1 智能家居控制系統總體設計

本控制系統通過上位機手機（或個人電腦），通過Wifi訪問STM32單片機，實現環境監控、照明電路、家庭電器、窗戶、窗簾、門禁系統的智能控制。它們由統一的智能平臺將各個獨立的子系統連接成一個能夠有相互信息交換，并加以控制的網絡。環境監控系統包括各種報警探測器的訊息采集，如煤氣探測、火警探測以及室內溫度的監測，用戶可通過手機實時了解；家電控制子系統可實現對燈具、窗簾等家用電器進行遠程控制、定時控制；GPRS遠程監控系統可實現主人與家居系統的“溝通”，并將系統檢測到的室內相關情況實時的發送給主人，同時主人也可以本地顯示控制，并可以通過該子系統向智能家居系統發送相應的指令。

2.1 12 V電機驅動的電動窗戶、電動窗簾模塊

該模塊使用TI公司的TSL230B來測量環境周圍的光線強度，不需外接元件即可完成高分辨率的光硅光電照度/頻率轉換?？蓪⒁欢ü庾V的光轉換成電流，再由電流/頻率轉換器轉換成相應的脈沖頻率。通過采集到的傳感器數據，再根據季節的不同，半天和黑夜光照強度的不同，從而自動調節窗簾的打開面積，模塊控制流程設置如圖2所示。

2.2 紅外遙控模塊

該模塊包含紅外風扇、空調、電視模塊。利用1838通用一體化紅外接收頭接收學習紅外信，然后由控制器軟件解碼，除去編碼協議NEC Protocol的PWM（脈沖寬度調制）或PhilipsRC-5 Protocol的PPM（脈沖位置調制），紅外信號貯存的按鍵信息。用戶在上位機進行操作后，上位機發送指令下位機，下位機再通過重新編碼由紅外發射頭輸出。用戶無需參與調節，但根據界面可以進行相關設置。

2.3 市電220 V電器控制模塊

本模塊包含鎢絲電燈、電冰箱等常用電器。使用的是CS5211與CS5212配對使用的遙控編碼專用電路。采用RF射頻發射方式，通過STM32單片主機輸出信號控制CS5211輸出無線編碼信號。插座端接有CS5212，接收到對應指令后，將觸發繼電器開關插座電路，從而實現對電燈等電器的控制。

2.4 門禁系統ID卡模塊

利用串口接收來自門禁系統的信息，該信息包括ID卡的卡號，歸屬人的信息。上位機接收到來自門禁系統的指令后，對信息進行判斷，然后上位機發送指令下位機，對房間電子門進行開關控制。

2.5 自動澆花模塊

自動澆花系統由stm32控制，stm32讀取土壤濕度傳感器的模擬輸出口并通過AD轉換，計算出相應的濕度，當土壤濕度過低時發出警報或者通過電磁閥控制自動澆水，當濕度到達一定時，自動停止澆水。同時也可以通過串口或按鍵控制澆水。

3 智能家居控制系統實現

3.1 智能家居控制系統軟件設計與實現

整個控制系統根據功能可以分為智能控制中心和遙控部分?？刂菩盘柾ㄟ^手機發送到控制單片機STM32，單片機接受信號將信號進行分析處理發出控制命令到各個開關并接受反饋信號將信息顯示在顯示屏上（如圖3）。控制中心由STM32F 103VCT6微控制器、無線接受模塊、開關、傳感器等組成，是整個系統的核心。遠程控制采用Android操作系統智能手機，實

3.2 智能家居控制系統實現

根據系統設計整合一套微型智能家居系統（如圖4），模擬家居環境配置門禁、窗戶、窗簾、家電、澆花等，并模擬智能家居的溫度濕度環境進行分析控制。

4 結束語

本文提出的基于STM32單片機以的智能家居系統的設計方案，主要特點在于功能實用、操作簡單、價格低廉、易于安裝。并根據方案完成了智能家居系統的硬件平臺和軟件設計，并配合器件組成一個完整的智能家居系統。

基金項目

2012廣東省大學生創新創業訓練計劃項目、廣州市屬高?？蒲杏媱濏椖浚?012A025）

參考文獻

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篇4

關鍵詞：智能家居，嵌入式系統，WindowsCE，VisualC++，Delphi

1緒論

目前，科學技術發展迅速，借助飛速發展的網絡和信息技術，人們可以足不出戶地縱覽全球。為了適應信息化的需求，科研機構將智能化的理念引入小區管理，并進一步引入家庭，從而產生了智能家居的概念。將手機通信和以太網通信技術引入智能家居的設計，恰好利用了現有的良好的通信條件，使在外的業主能及時了解家中的安全，提高業主的安全感，而且通過手機實時控制家電，提高了業主生活的舒適度。

本文提出了基于嵌入式系統ARM10的智能控制平臺的設計，功能包括了短信控制家電，傳感器探測非正常環境并且通過手機短信告知業主，以及以太網實時視頻監控等功能。

2系統設計方案

2.1硬件總體設計框圖

根據上文的功能需要，設計出由ARM10為控制核心，單片機控制的家電控制模塊和傳感器報警模塊，并且包含GSM通信模塊的智能家居系統，硬件結構框圖如圖2-1所示。

2.2控制核心選擇

智能家居控制系統采用如圖2-2所示的XSBase270作為開發平臺，該平臺基于Intel®高性能的PXA270處理器，支持WindowsCE和Linux等嵌入式操作系統，是針對教學和實驗的多功能實驗平臺。

PXA270處理器的最高主頻可達520MHz，且該處理器被加入了WirelessMXX技術，大大的提高了多媒體處理能力，而且加入了IntelSpeedStep動態電源管理技術，在保證CPU性能的前提下，最大限度的降低設備功耗[1]。

XSBase270配置32MFLASHROM，64MSDRAM，并配備了觸摸屏、以太網、USB、串口、CF/MMC、PCMCIA等接口。滿足了智能家居系統控制中心的硬件要求。

2.3家電控制板

家電控制板采用AT89C51為控制核心。擴展板的元件布局如圖2-3所示，其上有四盞LED分別模擬四種家電，三個按鈕模擬三種傳感器。其中四盞LED分別連接單片機的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3；三個按鈕分別連接P2.0、P2.1、P2.2。

2.3.1串行端口電路

家電控制板采用串口與XSBase270實驗箱進行通信，其采用了經典的兼容RS-232標準的MAX232芯片作為串口的電平轉換芯片。電路的連接如圖2-4所示：

如上圖所示，家電擴展板采用的是常用的DB9頭作為串口接口，其針腳定義圖如圖2-5所示：

其中2腳RxD為接收引腳，3腳TxD為發送引腳，GND為信號地引腳。一般情況下普通串口只接這幾個引腳；特殊的串口，如藍牙串口除接上述的三個腳之外，還接了DSR引腳和CTS引腳，是因為藍牙串口的數據流輸出采用這兩個腳的信號控制；而其他引腳是跟MODEM相關的。在智能家居系統中，家電控制板接普通串口，GSM模塊接藍牙串口。

RS-232信號相對于信號地而言，在正負電平之間擺動。發送數據時，發送端輸出的正電平在+5V到+15V之間，負電平在-5V和-15V之間。無數據傳輸時，線上為TTL電平。接收器典型的工作電平在+3V~+12V與-3V~-12V。由于發送電平和接收電平的差僅為2~3V左右，所以其共模抑制能力差，加上雙絞線的分布電容，信號傳輸距離最大為15m，最高速率為20kb/s[2]。

MAX232包含2個驅動器、2個接收器和一個電壓發生器電路，提供TIA/EIA-232-F電平。該器件符合TIA/EIA-232-F標準，每一個接收器將TIA/EIA-232-F電平轉換成5VTTL/CMOS電平。每一個發送器將TTL/CMOS電平轉換成TIA/EIA-232-F電平。

2.3.2家電控制電路

家用電器控制的接口電路如圖2-7所示，K1～K4為繼電器，分別控制四路家電的閉合和斷開，Q1～Q4為繼電器線圈電流驅動，電路由單片機的P1口進行控制，DD1～DD4發光二極管用于顯示某路控制電路的工作情況，主要為了調試電路而設置。

2.3.3傳感器接口電路

如圖2-8所示，在傳感器沒有報警信號時，光電耦合芯片處于截止狀態，與之相接的單片機端口為低電平；當傳感器有報警，傳感器輸出高電平，此時光電耦合芯片導通，與之相接的單片機端口為高電平，由單片機對報警信號進行采集并做出相應處理。

2.4GSM通信模塊

GSM通信部分采用如圖2-9所示的西門子MC35GSM/GPRS無線模塊作為通信工具。它支持EGSM900和GSM1800雙頻，支持數字、語音、短消息和傳真，使用AT指令控制發送短消息。它采用9V直流電源供電，通過RS-232串行端口與XSBase270試驗箱連接進行通信。

2.5視頻監控模塊

視頻采集模塊采用使用中星微（Vimicro）公司的ZC0301P芯片的攝像頭，ZC0301P芯片可支持USB1.1接口，硬件最高支持VGA分辨率（640×480）。在VGA模式下可達到15幀/秒速率，在CIF（352×288）和SIF（320×240）模式下可達到30幀/秒速率。它通過USB接口連接到XSBase270試驗箱。

2.6總體軟件設計方案

根據智能家居的硬件設計方案，設計出軟件的總體設計方案如圖2-11所示：

其中:、

（1）家電控制系統和GSM網絡通信各自獨占一個RS-232串口。家電控制系統接XSBase270的紅外串口，GSM模塊接藍牙串口。如圖2-12所示。

（2）實時視頻監控通過USB攝像頭捕捉圖像，圖像數據通過以太網發送到PC客戶端進行圖像還原。

（3）以太網通信基于TCP/IP協議，測試環境為局域網，若投入到因特網的應用，則需要在服務端、客戶端所在的局域網連接到因特網的網關——即路由器上，要進行端口映射，才可以進行網絡的連接。

智能家居系統的軟件基于WindowsCE5.0嵌入式操作系統。WindowsCE被設計成一種分層結構，從下而上一共分為了硬件層、OEM層、操作系統層和應用層共四個層[3]。這種層次的結構將硬件和軟件，操作系統和應用軟件隔離開，以便于實現系統的移植。智能家居的軟件設計主要是集中在應用層。

3操作系統的定制

WindowsCE5.0嵌入式操作系統的定制依靠PlatformBuilder5.0完成。PlatformBuilder是微軟公司設計的用于嵌入式操作平臺定制與驅動程序的開發的工具。推出它的目的之一就是讓用戶可以更好的將嵌入式操作系統移植到特定的目標平臺上。

3.1BSP的安裝

篇5

“其實早在2005年國外很多智能家居品牌紛紛進入國內市場時，我們就開始叫‘狼來了’。”韋波坦言，國人在很多方面還是比較相信洋品牌的，不過這更給國產品牌以警示：我們一定要做好產品，形成屬于中國特色的核心競爭力，這樣才能在“狼來了”的叫聲中成長并壯大。

作為波創企業集團創始人兼董事長，韋波深知做國產智能家居品牌的不易。集團旗下包含波創科技（中國）有限公司、深圳市波創科技發展有限公司、深圳市物聯通投資發展有限公司、深圳市物聯通科技有限公司，以集團優勢覆蓋了智能家居技術開發、產品開發、海外市場開發及智能家居物聯網相關產業投資的各方面。尤其在近年來，諸多智能家居品牌如雨后春筍般涌現，使得這一行業成為備受市場關注的寵兒。

自2003年成立至今，深圳市波創科技發展有限公司經歷數次市場的廝殺和考驗，在智能家居市場，屹然樹立了標志性的“旗幟”。韋波對《中國經濟信息》記者說，“‘狼來了’的時代已經變了樣子，如今國產智能家居品牌也可以在全球市場響當當?！?/p>

初出茅廬 潛身行業

畢業于上海理工大學的韋波，和眾多的創業者一樣自信、堅持。而他的創業之所以成功，除了自身柔和又理性的性格品質外，時運也起到了相當的推動作用。

1996年，韋波只身一人來到深圳，就職于IT行業，從事軟件開發?！爱敃r的環境是，‘IT想家電化，家電想IT化’。”

韋波最初是為聯想、方正、清華同方等IT企業做產品方案，同時配套做產品，正是這些準備和積淀為他日后創立波創科技，奠定了基礎。

只是，隔行如隔山，韋波來深圳做產品研發之初，便對此有清醒的洞察。臥龍豈會甘于棲息于他人腳下，經過性格、技術的磨練后，波創已經在他的腦海里逐漸有了雛形?！霸诼撓搿⒎秸?、清華同方供職的同時，我和伙伴們便已將最早的家居智能控制器研發出來?！?/p>

此后，韋波又陸續為創維、TCL、美的、伊萊克斯等企業做IT化的部分產品。直到2003年，智能家居作為新概念被媒體和家電企業推上“新寵”寶座時，他毅然選擇創立智能家居企業――深圳波創科技有限公司。之后的十幾年，波創科技一直在中國智能家居行業中壯大發展。

創業初期，韋波已經有一定的資金積累，并以“自造血”的方式運營。五年的短期計劃發展后，波創科技便在全國各地新增數百家商、經銷商，隨后智能家居體驗館逐步延伸至二級城市，如今已在中國香港、臺灣，東南亞、中東及歐美市場業務均有擴大。

如今的波創已經集團化，但企業品牌每年都被評為中國智能家居十大品牌，套用韋波的話就是：“波創正是乘著‘物聯中國、智慧城市、寬帶中國’之風，迅速進入高速發展軌道，取得當前的大好市場反響?！?/p>

快速發展 模式多樣化

智能家居在中國發展近十幾年，站在第一波吃螃蟹行列中的韋波，談起智能家居的普及和快速發展，他告訴《中國經濟信息》記者，“從最初決定做智能家居，便明白應該先讓一部分人用起來，繼而大范圍推廣普及?！?/p>

韋波帶領著企業在智能家居行業內快速發展，其中，業務模式開展多樣化是其尤為關鍵的成功經驗。

當然，這一業態的形成也經歷了多個階段的演進過程?！安▌摽萍贾辽偾拔迥晔翘峁㎡EM（俗稱代工生產）和ODM（原始設計生產）業務，為大型的IT企業、家電企業設計和生產產品；而后逐步進入品牌市場，建立自己的經銷渠道，建立智能家居體驗店；繼而發展進入海外市場，之后又進入房地產項目的預裝市場……到目前，波創企業集團已經可以為全球用戶提供別墅、住宅、社區、地產科技領域的先進技術、產品和服務。”

從波創的應運而生，到如今集團成為面向全球的專業家居智能化、社區智能化的產品制造商和方案供應商。在韋波看來，這一智能家居品牌正詮釋著“中國智造”的演進。

“俗話說，眾人拾柴火焰高，智能家居行業需要更多企業抱團取暖?！表f波個人認為，智能家居行業的確充滿希望，業內的企業也都在等待爆發期，但行業始終是處于一個市場啟動期，很多廠商是無法支撐的?！俺鮿摃r的波創也是依靠集團的其他產業支撐才走到今天的?！彼寡?，智能家居是波創投入最大、產出卻最小的一個領域，“但我認為這可能是在未來給新和創帶來更多發展機會的領域。”

百家爭鳴 能者勝

從事智能家居行業多年來，韋波最深刻的感受是，向許多用戶展開產品推廣時，只要談及智能家居，消費者都會對家居的智能化功能表現出極大的興趣，之后的演示、安裝等免費的體驗也都受到歡迎?！暗赓M推廣畢竟還只是少數。”他強調，在中國對于智能家居概念的普及還遠遠不夠，也正因如此，使得智能家居產品陷入了“叫座不叫賣”的怪圈。

針對這一現象，波創就智能家居產品的市場拓展及銷售方式加以創新。韋波告訴《中國經濟信息》記者，“幾年前，當波創拿新產品向房地產商推薦時，智能化并不能引起足夠的重視，而近年來已經有很多房地產商開始主動把智能化做到設計方案中去，開發商的招標文件和我們的產品系統說明書一樣。”

另外，現在的智能化已不單單停留在以往的可視對講和安防領域，很多房產商自然找上門來。韋波還指出一個典型的現象，如今國內上規模的樓宇對講廠商都提出要做智能家居，不僅與智能開關廠商加大合作力度，有的還自身研發智能終端。

而對于市場的拓展，波創更是推出自身的數字化產品走工程市場，“僅僅走工程市場還不行，我們還在全國建立免費的體驗中心，推進發展‘體驗式營銷’。”韋波對《中國經濟信息》記者說，他們在國內有專門的渠道事業部負責商、經銷商和分公司管理，但這都達不到深入推廣的目的，“直到體驗中心建立后，才真正實現了讓老百姓來親身感受什么是智能家居，怎樣才算智能化?！?/p>

不容忽視的是，搭建體驗中心包含的建設成本問題，另外就是數量仍然匱乏，在很多地區難以實現普及，“對于搭建智能家居推廣體驗中心而言，至少要數以千計才會有普及的效果?！表f波更以雷士照明舉例說，“如果雷士照明只有一百家店，肯定不賺錢，而現在全國有近萬家體驗直營店等，每年銷售額接近二十億，這充分說明從量變到質變是需要過程的”。

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[關鍵詞]手勢控制，智能家居

中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）08-0167-01

0 引言

隨著社會的發展和生活水平的提高，智能家居逐漸走入人們的生活。當前市場上存在多種類型的智能家居，如，遙控式、互聯網式、聲控式等等，但是現有的智能家居仍然存在著操作復雜、控制方式不精確、用戶體驗差等問題，這些問題制約著智能家居的發展。問題多由控制方式復雜導致，因此，智能家居急需一種簡單方便的控制方式[1]。與此同時，嵌入多種傳感器的可穿戴電子設備發展迅速，運動手環、智能運動鞋、谷歌眼鏡等產品紛紛進入人的生活。設計一種使用可穿戴設備控制的智能家居，用戶使用一些簡單好記的手勢即可控制智能家居，以提高智能家居的用戶體驗[2]。

1 系統設計思路

整個系統分為佩戴式手勢控制裝置和本地端控制系統兩部分，佩戴端可以在用戶需要操作家居時采集當前用戶手勢運動數據，包括手勢的角度和加速度，并將這些數據通過藍牙實時傳輸給本地端，本地端負責對這些數據進行處理，通過對比預先編好的功能表，即可實現操作對應家居的功能[3]。

2 佩戴式手勢裝置

2.1 硬件設計

手勢控制端主要包括STM32C8T6、MPU6050和藍牙模塊。STM32C8T6是一款小型的ARM單片機，可以在保證運算速度的前提下縮小硬件體積；MPU6050是一個姿態傳感器，可以檢測出當前手勢在X、Y、Z軸上的角速度和加速度，通過姿態解算程序，即可得出用戶的角度手勢數據。為了達到縮小體積，方便用戶使用的目的，我們采用了印刷電路板的方式來制作佩戴端，進過多次改進設計方案，我們最終設計了如圖1所示的5×5（cm）的PCB，電路圖如圖2。

2.2 軟件設計

佩戴式手勢控制端的軟件部分主要功能是，在用戶按下操作按鍵后的一小段時間內利用歐拉角解算MPU6050采集到的角加速度信息，計算出用戶手勢的角度數據，再利用藍牙模塊將角度數據實時傳輸給本地端，以達到控制家居的目的。下面具體介紹姿態解算算法。圖3是使用歐拉角描述一次平面旋轉：

設原坐標系繞Z軸旋轉α角，原X軸矢量為，則旋轉后的X軸矢量投影為，Y軸同理，由于是繞Z軸旋轉，所以Z軸坐標未變，即有：

轉化成矩陣形式為：

經過整理：

以上為繞一個坐標軸旋轉一定角度的過程，可以得到對應的旋轉矩陣，同理，也可以得到繞Y、Z軸單次旋轉的旋轉矩陣。而在現實中用戶的手勢動作可以看做是三維空間中三個坐標軸的歐拉角各旋轉一次。

將三次的旋轉陣相乘，即可得到表示此三維旋轉過程的方向余弦矩陣，然后套用歐拉角微分方程，即可得到歐拉角結算出來的姿態：

上式左邊是本次更新后的歐拉角，對應繞X、Y、Z軸的夾角。右側是上個周期測算出的角度，三個角速度由安裝在手勢控制端的陀螺儀在這個周期內測得，陀螺儀根據一定周期內轉動的角度（單位為弧度）除以周期T計算得到的。因此求解這個微分方程即可得出這一時刻的歐拉角。

3 本地端控制系統

本地端主要包括藍牙模塊、STM32F103ZET6和LED小燈等組成，本地端藍牙模塊設置為從模式，與手勢控制端的主模塊通過地址綁定后一對一通信，負責接收佩戴端的角度數據，當有數據進來時，單片機將之與預定角度范圍比較，當符合時，點亮LED或控制對應電器，并屏蔽接下來一小段時間的藍牙數據。不符合時，繼續接收數據進行比較。

在實現點亮LED的基本功能后，設計規劃了智能家居控制功能表，進而拓展智能家居的數量，通過不同的角度范圍組合，可以實現控制多種智能家居。同時，為了盡量擴展可控制的智能家居數量、規范控制方式，設計編寫了特定的通信協議。

4 結語

本系統實現了利用手勢控制智能家居的目標，可以起到簡化智能家居操作、提高用戶體驗的作用，通過拓展功能表還可實現更多的智能家居控制。并且手勢控制端具有便利性和通用性，可控制更多更豐富的設備、可推廣到更多領域，讓更多人體驗到科技發展的便利。

參考文獻

[1] 朱敏玲，李寧.智能家居發展現狀及未來淺析[J]. 電視技術，2015，（04）：82-85.

[2] 鄧中祚.智能家居控制系統設計與實現[D].哈爾濱工業大學，2015.

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索博智能家居系統主要采用電力線通信總線技術(荷蘭PLC-BUS技術)來實現家居智能化控制。PLC-BUS技術是一種高穩定性及較高價格性能比的雙向電力線通信總線技術，它主要利用已有的電力線來實現對燈光、家用電器及辦公設備的智能控制。這種電力線通信技術是由位于荷蘭阿姆斯特丹市的ATS電力線通信有限公司(ATS.,CO)研發而成，它們致力于設計、開發和制造先進的電力載波智能家居控制技術，并因此技術的革新獲得多項專利。

ATS.,CO公司推出的一整套基于PLC-BUS技術的智能家居控制系統重新定義了家庭內部高可靠、低成本智能家居控制的新標準。此項技術擁有超強的系統穩定性和可靠性。為商業住宅提供了更為經濟的智能化控制解決方案。而其它的電力線控制技術與PLCBUS技術在系統功能、可靠性和成本上是沒辦法相比的。

PLC-BUS技術的解決方案包括如下領域的應用：燈光控制，電器控制，HVAC控制以及網絡與電器設備間的通信。ATS.,CO公司目前已經就此項技術與多家制造商進行―了有償授權使用此項專利的合作，其中包括世界上最大的電子設備廠商?，F在上海索博智能電子有限公司是中國大陸及亞洲地區此項專利技術的唯一授權生產商。

PLC―BUS系統主要由三部分組成，即發射器、接收器和系統配套設備。

發射器的主要作用是通過電力線發射PLC-BUS控制信號給接收器，通過對接收器的控制．從而達到間接控制燈及電器設備的目的。接收器的主要作用是接收來自電力線的PLC―BUS控制信號，并執行相關控制命令，從而達到燈及電器控制的目的。系統配套設備主要是為了配合發射器及接收器設備，輔助實現控制目的。例如：三相耦合器、信號轉換器、信號強度分析儀、吸波器等。

二、索博智能家居功能簡介：

索博智能家居系統主要包括智能照明和智能電器控制兩大系統。

所謂智能照明系統，通俗地講就是對燈光進行智能控制與管理的系統。跟傳統照明相比，它主要可以實現對白熾燈的調光、一鍵場景、一對一遙控及分區燈光全開全關等管理，并可以用多種控制方式實現以上功能。最主要的控制方式為無線遙控、定時控制、集中控制甚至遠程控制等，從而達到智能照明的節能、環保、舒適、方便功能。

所謂智能電器控制系統，通俗地講就是對電器進行智能控制與管理的系統。傳統的電器都是以個體形式存在，沒有系統的管理與控制；而智能電器控制系統就像一張無形的網絡，把所有能控制的電器以一定的結構有機的組合起來，形成了一個整體。通過這個管理系統，用戶可以實現對家電的集中無線遙控、定時開關控制及遠程控制，以及實現電器的場景控制與管理， 從而達到智能電器系統的節能、環保、舒適、方便功能。索博智能家居系統主要可以實現以下九大功能：

1．遠程控制――一個電話，家電聽話I

您有沒有想過，在上班途中突然想起忘了關家里的燈或電器，打個電話就可以把家里想要關的燈和電器全部關掉：下班途中，打個電話先把家里的電飯煲和熱水器啟動，讓電飯煲先煮飯，熱水器先預熱。等您回到家，馬上就可以洗個熱水澡，并可立即享用香噴噴的飯菜啦：若是在炎熱的夏天，您可以打電話把家里的空調先開啟，回家后就能享受絲絲涼意；在家里，您可直接拿起分機電話就可以控制家里所有的燈和電器！

2．定時控制――免費保姆，體貼入微!

早晨，當您還在熟睡，臥室的窗簾準時自動拉開，溫暖的陽光輕灑入室，輕柔的音樂慢慢響起，呼喚您開始全新生活每一天；當您起床洗漱時，微波爐(電飯煲)已開始為您烹飪早餐，您就可以馬上享受營養早餐啦；餐畢不久，音響自動關機，提醒您趕快上班；輕按門廳口的“全關”鍵，所有的燈和電器全部熄滅，安防系統自動布防，這樣您就可以安心上班去啦；當您和家人外出旅游時，可設置主人在家的虛擬場景。這樣小偷就不敢隨意輕舉妄動！

3．智能照明――夢幻燈光，隨心創造！

1)輕松替換：無論新裝修戶還是已裝修戶，只要在普通面板中隨意暗接超小模塊，就能輕松實現智能照明，讓生活增添更多亮麗色彩。

2)軟啟功能：燈光的漸亮漸暗功能，能讓眼睛免受燈光驟亮驟暗的刺激，同時還可以延長燈具的使用壽命。

3)調光功能：燈光的調亮調暗功能能讓您和家人在分享溫馨與浪漫的同時，還能達到節能和環保的功能。

4)亮度記憶：燈光亮度記憶的功能使燈光更富人情味，讓燈光充滿變幻魔力。

引全開全關：輕松實現燈和電器的一鍵全關和所有燈的一鍵緊急全開功能。

4．無線遙控一一隨時隨地，全屋遙控！

您有沒有想過像遙控電視機一樣遙控家里所有燈和電器呢?現在只要一個遙控器，就可以在家里任何地方遙控家里所有樓上樓下、隔房的燈和電器，而且無需頻繁更換各種遙控器，就能實現對多種紅外家電的遙控功能。輕按場景按鈕，就能輕松實現“會客”、“就餐”、“影院”等您想要的燈光和電器的組合場景。

5．場景控制――夢幻場景，一觸而就!

回家時，只要輕按門廳口的 “回家”鍵，您想要開啟的燈和電器就自動開啟，馬上可以準備晚餐啦；備好晚餐后，輕按“就餐”鍵，就餐的燈光和電器組合場景即刻出現；晚餐后，輕按‘‘影院’’鍵，欣賞影視大片的燈光和電器組合場景隨之出現；若晚上起夜，只要輕按床頭的“起夜”鍵，通向衛生間的燈帶群就逐一啟動，不要再摸黑啦，回臥室后，再把燈全關。您是不是覺得生活比以前更神奇而富有意思呢?

6．集中控制――一鍵在手，盡在掌握！

就像賓館床頭柜的集中控制器一樣，輕松集中控制家里的所有燈和電器。即插即用，外觀更小巧，使用更方便；夜晚，如有突發事件，只要按一下全開緊急按鍵，所有燈就全部同時亮起；睡覺前，只要按一下全關按鍵，所有燈和電器就全部關掉，無需再擔心忘了關某些電器啦！

7．電腦控制――輕松點擊，智能實現!

鼠標輕松點擊就可實現所有燈和電器的智能控制，功能更強大，控制更方便界面更美觀

8．家電控制――普通家電，智能升級!

通過用電器隨意插、紅外伴侶、定時控制器、語音電話遠程控制器等智能產品的隨意組合，無需對現有普通家用電器進行改造就能輕松實現對家用電器的定時控制、無線遙控、集中控制、電話遠程控制、場景控制、電腦控制等多種智能控制。

9．電動窗簾――隨時開關，隨意遙控!

無需再為每天開關窗簾而心煩，結合定時控制器，電動窗簾每天自動定時開關；遙控器輕松一按，窗簾自在掌控中。

索博智能家居典型設計方案：

當遇到客戶需求時，我們就需要給客戶做一個滿意且合適的方案。做一個成功的方案要注意兩點，首先是滿足客戶的功能需求，其次是預期客戶心理價位的滿足。一個成功的方案，不只是做最強大的功能方案，最主要達到合適度。要分析與推斷客戶的心理價格、生活習慣、家庭成員組成、性格及職業等。我們今天按常規 需求來設計一個別墅智能照明和智能電器控制方案。按以下流程來設計方案：

1、了解客戶需求

首先得了解客戶的功能需求，其次要了解客戶的房源信息，最主要包括的是房型圖，燈光開關插座圖，每路負載功率，三相或單相電等信息。以下是一個典型的三層別墅的成功方案案例，我們以它為例來詳細了解一下它的配置方案。

2．方案配置清單及功能簡介

四、索博智能家居功能詳述：

此方案可以實現九大功能：

1)智能照明系統：住戶可以很方便的實現在客廳、主臥等處用一個觸摸屏遙控器一對一遙控整屋的25路燈光，其中5路燈光可以實現隨意調光及亮度記憶場景功能，可以達到創造優雅的生活情調，同時又可達到節能的目的。住戶可以實現對燈光的分區域管理與控制。

2)無線遙控系統：住戶無需要手動開燈關燈，只要一個遙控器在手，就可以隨處實現燈光的控制。就像控制電視機一樣方便，想開想關盡在遙控中，一鍵創造“就餐、影院、會客”等燈光場景。

3)場景控制系統：住戶走到家門口，用隨意攜帶的四位超薄遙控器就可以一鍵實現回家燈光、電器同啟場景，不需要摸黑進家門一一開燈或電器。“離家”時，一按“離家”鍵，想要關掉的燈或電器自動全部關掉。在“就餐、看片、休息、會客”時，一鍵創造這種燈光及電器場景效果。場景可用客廳、主臥的觸摸屏遙控器及餐廳的集中控制器，甚至隨身帶的小遙控器實現。

4)集中控制系統：住戶可以在餐廳用集中控制器控制最常用的16路燈或電器，實現一一開關及分區全開全關功能，同時也可以實現想要的各種場景功能。

5)電腦控制系統：住戶可以用書房的電腦接上電腦接口，就可以用電腦接口附帶的應用控制界面實現對整屋的燈和電器的開關、場景、定時等多種控制功能。

6)家電控制系統：住戶可以實現對廚房及主衛的熱水器的定時開關，一方面可以更舒適，還可以在下班以前，提前打電話把熱水器打開，把客廳或主臥的空調提前開啟，回到家就可以享受絲絲涼意和熱水浴。

7)遠程控制系統：可以實現所有燈或電器的遠程開關和全開全關，用家里的電話就可以實現遙控燈和電器的增值功能，使普通的電話也升級成為智能遙控器。

8)定時控制系統：可以定時開關家里的熱水器、空調、窗簾，真正做到保姆式的貼心服務，又可以在電費低價時段開啟不重要的設備， 以達到節能的目的。如主人出差在外，還可以創造有人在家的場景， 以達到威懾小偷的作用。

9)電動窗簾系統：每天開關窗簾是不是很麻煩?如果安裝了電動窗簾，再配置相應的定時控制器，則每天早上窗簾自動打開，晚上自己關閉；平時也可以在家里任何位置用遙控器隨意遙控客廳的窗簾開關，甚至一鍵創造燈光及窗簾開或關的生活場景。若配置相應的電話遠程及定時控制設備則還可以實現遠程控制開窗簾與關窗簾，每天早上窗簾自動打開，晚上自動關上，您不覺得生活很現代與智能嗎?

五、弱電布線要求

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Maxicom智能家居采用現場分布式總線技術TP-Bus。TP-Bus是一種電源／信號混合傳輸技術，同時也是是一種家庭自動化網絡總線技術，該總線技術主要用于網絡化控制系統，如智能家居網絡、住宅小區網絡等。該總線技術采用24＼’直流電源，信號傳輸速率為10kbps，以雙絞線作為傳輸媒體，像這種傳輸速率的雙絞線很容易實現，總線的雙絞線結構使網絡既可作數據傳輸，也可以作為電能的供應。

TP-Bus是一種智能控制總線，在歐洲標準EIB總線及LonWorks總線技術上作了創造性的改進，其防通信沖撞協議的設計很好的解決了總線上各節點收發指令的沖撞問題，大大提高了系統的通信效率與穩定性。

該系統的特點是：

1．Maxicom智能家居系統體現了人性化設計，可以進行各種場景和功能的設置。如：聚會、家庭影院、就餐、起夜等環境的設置。一鍵全關的功能、家電遠程控制、語言提示、數字留言等。

2．在安全方面，它采用的是24V直流供電，配有紅外、煤氣、煙霧等多種的探頭，并能以光、聲兩種形式報警；為防占線，它可自動連續撥打6組報警電話，也可以實現遠程監聽，所謂是“身在千里之外，可察房中一切”。

3．系統配備的紅外探測器，可做到“人來燈亮，人走燈滅”，并可以根據亮度探測器所測到的室內數據，自動調整室內相關燈光亮度，既舒適又節能。

4．本系統可以通過修改軟件改變按鍵與燈光等設備的對應關系，而不需像傳統方式那樣重新連線。同時，它采用的是總線式的控制系統， 區別于集中控制模式，所以，本系統有著它無可比擬的擴展靈活性。

Maxicom智能家居”是以住宅為平臺，兼備建筑、網絡通信、信息家電、設備自動化，集系統、結構、服務、管理于一體的居住環境。智能家居將各種與信息相關的住宅設備通過家庭內網絡(家庭總線)系統連接起來，并保持這些設備與住宅的協調。需要指出的是，“Maxicom智能家居”的概念和技術特點與“智能小區”、“智能大廈”不盡相同，“Maxicom智能家居”更注重住宅中各種電器設備和人們生活的緊密聯系，它是整個智能生活領域的核心。

“Maxicom智能家居”有效地實現住戶與外界的溝通和聯系。智能家居支持即插即用的多種接入，包括電話、傳真、高速數據網絡、寬帶接入等。智能家居的遠程控制系統可以實現在遠方控制家電設備，自動傳送水、電、煤氣的讀數。智能家居配備的保安系統遇火災及偷盜緊急情況時會自動向主人和物業管理單位報警。

“Maxicom家居智能技術”是指利用微處理器技術，集成或控制家中的電子電器產品或系統，例如計算機、照明系統、廚房設備、保安系統、暖氣及冷氣系統、通訊系統、視頻及音響系統等。自動化的家庭不再是一幢被動的建筑，相反，它成了幫助主人盡量利用時間的工具，使家庭更為舒適、安全、高效和節能。一方面，系統會自動參考來自各個傳感器中的信號做出相應的一系列操作；另一方面主人可以通過鍵盤、模塊面板、手持遙控器、電話、互聯網等人機接口來控制家中的電子電器產品。

二、系統結構

Maxicom現場分布式總線系統采用總線式的結構，主要由電源供應器、雙絞線和功能模塊三個基本部分組成。每個功能模塊都是串連在雙絞線上，互相的連接不分極性。如下圖所示：

一根專用總線可以連接32個功能模塊，如果功能模塊超過32個，則需要另加根總線，兩根總線之間通過一個路橋器連接。如下圖所示：

構成本系統必須有：系統通訊電源、各種功能模塊、以及通訊媒體，其中通訊媒體采用最簡單的雙絞線。下面我們從系統的大小分別介紹它的構成。

1．基本(最小)模塊

總線電源供應器、雙絞線以及功能模塊是構成Maxicom系統的三個基本組成部分，它們的連接關系如圖所示，其中雙絞線與各功能模塊的連接是不分極性的，這樣在工程安裝非常方便。

2．標準家居系統

構成一個系統不止一個功能模塊，但也不超過三十二個功能模塊(這是普通家庭型)，這樣構成了Ma、ic。m智能家居的標準系統，各種功能模塊的有無、多少有用戶自己決定，其中雙絞線與各功能模塊的連接是不分極性的。

3．擴展的家居系統

如果一個系統的功能模塊大于三十二個(例如復式或多層住宅)，每三十二個模塊就要加一個系統電源，每一個小系統之間是相互聯系的，我們在每一個小系統之間加一個橋路器，這樣它們就構成了一個擴展的家居系統，其中雙絞線與各功能模塊的連接是不分極性的。

構成這個系統是由各個功能模塊構成的，它們之間是相互獨立的，其中包括：系統電源、照明開關／調光模塊(DM203)、紅外模塊(iRl02)、智能插座模塊(PW115、PW415)、通用無線接收模塊(RC101)、主控面板。利用這些模塊在整個系統中的連線圖如下圖所示：

三、功能介紹

室內照明、場景設定

對室內外燈光進行開關、調光控制，預先設定多種應用場景，比如會客模式、就餐模式、起夜模式等等；只需通過遙控器、或開關面板，輕觸一個按鈕便可產生一種預先設定的照明效果。例如，欣賞影片時，調暗燈光，拉上窗簾，開啟音響及視頻系統，一鍵到位!

燈光控制，隨心所欲。

通過系統編程設定，主人可隨時變換燈光的開啟按鈕位置，而不用改動任何布線及開關安裝。

家電控制

通過系統靈活多樣的控制方式(如按鍵開關、遙控器、電話、Internet等)，您隨時可開啟家中空調、電動窗簾、電飯煲等電器設備，功能實用方便。系統設置的“全關模式”，可以在您出門或就寢時，非常方便的關閉室內燈光、電器設備的電源，方便、安全又省電。

無線遙控

通過遙控器，您可以方便地控制家中所有的燈光、電器設備。比如，您身在二樓的主人臥室，卻仍可方便的關閉樓下客廳的空調及燈光。而且，您再也不必在等候小孩入睡后，才輕輕的進入房內替他關燈了。細微之處，給您帶來前所未有的方

當您在客廳看電視時，您可通過遙控方便地關掉廚房、走廊、陽臺和房間里不必要的燈光電器，而不用因起身而錯過劇情。

電話遠程遙控

電話遠程控制功能靈活實用，無論何時何地，您都可方便的通過電話或手機按鍵遠程控制家中的各種燈光、電器設備。例如，在夏日的正午，回家前在您攜家人外出度假時，可在遙遠的海邊，通過手機打開陽臺及室內的燈光，甚至開啟音響或電視。

安防、防盜報警

Maxicom智能家居系統兼容目前大多數的防盜產品(紅外探測器、煤氣探頭、門磁開關、聲光報警裝置等)，且具有邏輯判斷，多防區設置，電話報警功能。

系統設有“在家”、“離家”兩種布防模式，并可通過電話遠程布、撤防，并帶有語音提示及系統自檢功能。一旦檢測到報警信號，系統立即將警情報至小區保安中心，引發燈光閃爍、警號鳴響等動作，并啟動電話遠程告警功能。

定時控制

各種家電設備均可通過定時器，預設開啟時間，實現您夢寐以求的智能控制功能。萬用定時器，可以設定100組時間，足夠為家里的所有燈光、電器制定一個詳細的運轉時間表。

溫度、光照檢測與調節

系統還可監測每個房間內的溫度和光照度，可以隨時查詢和記錄，并根據這些參數調整燈光、空調的工作狀態。

Intemet遠程遙控

在任何可以連接IxTERxET的地方，通過網絡瀏覽器您可方便實時的遠程監控的家庭狀態，控制家庭燈光、電器及安防報警系統。

四、典型設計方案

當客戶有需求時，我們就需要給客戶做既一個客戶既滿意又合適的方案，做一個方案需要注意：首先是滿足客戶的功能要求，其次是客戶能夠承受的價格。一個成功的方案，最主要的是了解客戶的生活習慣、家庭成員組成、性格等。我們按常規功能需求來設計一個三房二廳的家庭智能化控制方案。

1．前期的準備工作首先得了解客戶的功能需求，其次是要了解客戶的房源的信息，最主要包括是戶型圖、平面布置圖、有沒有大功率的燈路、有沒有調光的以及需要調光的路數等信息。

2．家庭智能化控制設計方案配置單功能模塊位置圖本方案可實現以下功能：

(1)智能燈光照明系統；

(2)場景控制系統；

(3)家用電器控制系統：

(4)遠距離無線控制系統

(5)電話遠程控制；

(6)三種布撤防模式；

(7)主控鍵盤可控制全屋的燈光、電器等，全程語音提示；

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關鍵詞：物聯網；智能家居；信息技術

伴隨我國經濟水平的不斷進步和科學技術的持續發展，智能家居也在蓬勃發展。然而，智能家居處在初級階段，許多方面依舊不完善，很多功能不能有效地在居民中應用、推廣，而且我國國民對智能家居的認識還很膚淺，再加上一些其他因素對智能家居的影響，使得智能家居到現在為止都沒有在我國普及開來。本將智能家居作為起點，詳細介紹了智能家居，進而分析我國未能全面推廣普及智能家居的原因，最后探究如何使得智能家居創新和優化。

1智能家居

我們所說的智能家居就是將居民住宅作為應用平臺，綜合利用各項技術對相關的家居生活設施進行集合處理，例如：安全防范技術、音頻視頻技術、自動控制技術、智能家居系統設計方案等，使得家庭事務和住宅設施的管理系統具有更高的效率，從而使得家具的舒適性、安全性、藝術性、便利性得以穩步提升，另外，智能家居可以為我們提供節能環保的居住條件和生活環境[1]。不可否認，這樣的智能家居理念可以有機的結合個人需要、先進科學技術和國家的整體實際狀況，不僅有利于科學技術充分發揮作用，還有助于我國自然環境的改善，為廣大人民群眾提供安全、舒適、便利、健康的居住環境。而智能家居通過構建八個子系統實現其現代化、智能化、自動化和安全化。八個子系統分別為：家庭能量管理子系統、背景音樂子系統、智能照明子系統、智能安防子系統、家庭娛樂子系統、家庭信息處理子系統、家庭環境子系統、家庭監控子系統。

2智能家居的八個子系統

智能家居子系統可以有效地優化和保護家庭的居住環境和生活條件，可以非常好的應用網絡電視、手機、計算機等網絡設備，從而使得人民的健康有了可靠的保證。1)家庭能量管理子系統。在廣大人民群眾的生活環境中，水、電、天然氣等都屬于能量范疇。而家庭能量管理子系統能夠有效地計算人民日常所消耗的水、電、天然氣等，對用戶所需交的費用進行確定，并可自動幫助業主完成繳費任務，實現真正意義上的便民利民[2]。2)背景音樂子系統。所謂的背景音樂子系統就是在住宅的內部設合適的音樂路線，并且有效率的使用自動感應技術，從而使背景音樂的感應功能更好。居住在住宅中居住的居民可以隨時隨地打開音樂進行歌曲的選擇，可以使人們更好地享受音樂，體驗音樂帶來的樂趣。3)智能照明子系統。家居生活中，我們更希望更加智能化的控制照明，智能照明子系統對實現節約用電的目標起到了良好的促進作用，同時保護眼睛，減少光線對人類眼睛的傷害，更加體現人性化。從這個意義上講，智能照明子系統的實用性非常強。智能照明子系統不僅可以對點燈的開關做到自動化的控制，在居民離開時做到自動感應。居民離開時電燈是亮著的，一段時間后，照明系統會自動啟動程序，自動對電燈進行關閉。利用智能照明子系統，居民還可以調節燈光的亮度，根據居民自身的喜好和習慣，居民可以對亮度進行智能化的調節，科學化的管理燈光，從而，達到更加科學、更加合理保護人類眼睛的目的。4)智能安防子系統。智能安防子系統最大的優勢就是可以對居民住宅的安全實現智能化的保護，而且報警功能非常強大，可以與公安系統進行聯網，如果發生非法闖入、火災、煤氣泄漏、緊急呼救等危險事故，依據預先設定的安防系統，智能安防子系統開設相應的營救工作?？梢該艽?10報警或者向提前設定的電話進行報警，同時也可使用當地的聲光進行報警，確保有關的電器處于全面應急的聯動狀態。當遇到非法入侵的危險時，智能安防子系統主要通過使用保留視頻的手段進行證據保存，有效的記錄入侵者的行為和證據，盡最大可能的有效保護居住用戶的人身生命安全和財產安全。5)家庭娛樂子系統。每一位居住用戶都會在家中進行娛樂活動，進行家庭娛樂子系統的安裝，用戶不用出門的同時，就可以輕松享受一系列感官上的享受，例如：游戲帶來的刺激、電影院中強大而且具有視覺沖擊的影院氛圍甚至是家庭KTV帶來的快樂與激情。6)家庭信息處理子系統。人類的生活中，鄰里和社區間的信息傳遞無處不在，想要在住宅中就充分了解小區和物業的有關信息，家庭信息處理子系統就會發揮強大的作用。家庭信息處理子系統不僅具備精確接收、分析和家庭有關信息的功能，還具備自動有效刪除垃圾信息的功能，對信息進行自動分類管理，刪選垃圾信息的同時，將某些較為重要的信息直接傳輸到用戶手上，家庭信息處理子系統可以有效合理的幫助用戶實事的掌握家中的動態。7)家庭環境子系統。在人民群眾的眼中，家庭是人生中重要的組成成分，人們非常重視家庭環境的問題，每一位業主都非常重視室內濕度的大小和溫度的高低，為良好的解決這樣的問題，家庭環境子系統依據每天的天氣狀況自動調節室內空氣的溫度和濕度，智能化的調節采暖和調節濕度等方面的問題，使人們居住的環境更加的健康、和諧。8)家庭監控子系統。家庭監控子系統的安裝非常有利于住戶實事的掌握家庭的各種狀況。家庭監控子系統主要由遙控器、總控制器和傳感器組成，不同的組成部分之間進行聯系的方式是使用規定的通信方式?？偪刂破鞯墓δ芫褪强刂葡到y，同時與用戶進行實時聯系交互，不斷接收各個組成部分所傳輸的信息，并對傳感器的狀態進行實時的監控，當家庭出現訪客或遇到危險時，家庭監控子系統可以及時通知用戶，用戶就可以利用家庭監控子系統遠程監控家庭狀態，方便、快捷、有效[3]。

3物聯網技術

在物聯網時代，只要在各種各樣的日常用品上嵌入短距離的移動接收器，通過網絡所有的物體都進行信息交換。且物聯網的實現是通過各種技術的，從應用末端感知核心技術的角度進行分類，物聯網技術可分為三類：1)基于射頻識別（RFID）的應用。如果我們想將RFID智能標簽鑲入到監控和管理的對象上，借助現有的技術，例如：數據庫技術、網絡技術、中間件技術，一個由海量讀寫器和大量移動設備的電子標簽構成的物聯網就以建成。2)基于傳感器的應用。如果想要控制和管理對象，可在其四周安裝許多傳感器節點，利用節點獲取監控對象的信息，同時將這些信息傳輸到信息處理中心，因而，一個依據獲取的信息對一個“物”進行管理和監控的物聯網就以構成[4]。3)基于M2M的應用。所謂的M2M包括增加裝置機器通信和網絡能力的技術手段，絕大部分指機器和人之間設立連接的一切技術和手段，他的目標就是提升設備的智能化程度。基于M2M技術，我們能夠建立機器對人、機器對機器、和人對機器的物聯網。

4物聯網技術在智能家居中的應用

傳統的智能家居系統絕大部分是通過有線的方式構成，這種組成方式不僅需要專業的技術人員和專業的維護公司，還具有工程周期時間長、系統靈活性較差的特點。而物聯網智能家居可以有機地將物聯網技術和智能家居結合在一起，進而使的現代的智能家居系統具有更好的使用方便、容易維護、安裝簡單的特點。1)感知層物聯網技術的一大特點是全面感知，就是利用二維碼、攝像頭、傳感器等感知、捕獲、測量等一系列技術手段，對感知對象進行隨時隨地的信息接收和捕獲，智能家居中，人自身和人們所居住生活的環境都可作為感知對象，傳統智能家居的子系統可以做感知層的執行設備。另外，應用物聯網技術的智能家居系統還采用了許多特別典型的感知技術，例如：無線門磁、窗磁、無線溫度濕度傳感器等。2)網絡層物聯網中的網絡層是指互聯網和各種通信網絡組合的融合網絡，另外，還包括家居物聯網管理中心、云計算平臺、專家系統等大量信息智能處理的部分。智能家居中，網絡層不僅要具備網絡運營的功能，還要不斷提高信息運營功能[5]。網絡層中，可靠傳遞和智能處理的問題要特別關注。3)應用層應用層是有機結合物聯網技術和智能家居并達到家居智能化應用的解決方案集。通過應用層，物聯網可以深度融合現代信息技術和傳統家居，除此之外，應用層還可為家庭服務商提出第三方借口，使得各種服務更加有利于方便人民的生活。4)案例分析2014年，某分公司曾為房地產老板設計智能家居系統，方案如下：①大門設備：進入智能家居的第一個防護門門，因此可以設置指紋鎖、夜視防水攝像機、對講機等設備，當客人出現時，只有經過主人同意才可進入；②玄關：智能家居的第二個防護門是玄關，通過語音設備可以控制玄關燈的開關和亮度，當進門后，安防系統關閉，當出門后，安防系統開啟；③客廳：主人最主要的活動區域是客廳，在此區域內設置背景音樂面板、場景面板等裝置設備；④衛生間：紅外感應器在這設置，進入衛生間時，燈光自動開啟的同時馬桶蓋也自動打開，無人時，燈光自動關閉，馬桶蓋子也自動合上；⑤浴室：同樣設置紅外感應設備，有人時，燈光自動開啟，花灑自動打開，并且依據語音提示自動設置水溫，無人時，系統自動關閉所有設備；⑥臥室：臥室的空調溫度、風速、燈光亮度都可根據語音或者遙控設備進行控制和調節；⑦廚房：設置煙霧、CO等傳感器，當污染氣體比預設值高時，系統自動發出報警信號。

5結束語

物聯網技術的應用，給智能家居的推廣和普及降低了難度，目前，許多地區初步嘗試建立“云社區”，逐步開始物聯網技術應用到智能家居，而未來物聯網技術會在智能家居中扮演越來越重要的角色，強大的感知技術，賦予智能家居某些“人的思維功能”，提供的服務更加實用，進而智能家居可以更快更好的發展。

參考文獻：

[1]姜樹森,姜劍鋒,高偉.淺談通信傳輸的常見問題與技術要點[J].通信技術報,2011,3(6):118-120.

[2]楊莉,郭紅英.淺談光纖通訊傳輸的常見問題與解決方法[J].通信技術報,2011,6(12):15-22.

[3]LIBao-an,YUJianjun,Researchandapplicationonthesm⁃arthomeBasedoncomponenttechnologiesandInternetofThings[J].ProcediaEngineering,2011(15):2087-2092.

[4]姜永增,董晶,宋廣軍,等.物聯網智能家居無線傳感器網絡節點設計[J].制造業自動化,2011(3):193-195.

篇10

 

1 概述

 

智能家居網關作為智能家居系統的中心控制設備，承擔著智能家居中所有傳感器信息的匯聚、分析與控制，應滿足安全高效、智能化與個性化的需求。本文針對智能家居系統的用戶需求，在物聯網基礎上提出一種以樹莓派系統為中心網關，綜合采用WIFI技術、Zigbee技術，并支持多協議、多網絡混合的智能家居系統。系統設計采用模塊化、智能化設計，具有穩定性、擴展性與操控性等特點，并可以通過APP終端實現對智能家居系統的遠程控制。

 

2 系統整體結構設計

 

本系統的設計主要由三大部分組成：(1)感應控制層主要由智能家居的各種傳感器設備組成，收集家居中如溫度、濕度與可燃氣體等各種信息以及接收由網關傳達的各種命令;(2)網絡通信層主要是負責網絡通信，包括智能網關、信息服務器、路由器與GPRS、WIFI網絡、ZigBee網絡、 Internet、紅外網絡等。網關作為智能家居系統的中心控制設備，承擔著各層設備之間的信號傳輸與控制命令轉發解析等任務，用戶使用手機發送信號到信息服務器，信息服務器處理信息后再傳送到網關，由網關控制各種傳感器與家庭設備;(3)應用層包括電腦PC機、手機終端設備，如Android與IOS設備、遙控器等紅外手持設備等，手機端可通過因特網或GPRS網絡與網關通信，以無線方式管理智能家居各節點的設備終端，支持多用戶登錄系統進行管理，實現節點設備遙控等功能，從而實時監測與控制家居環境。通過手機端的APP，連接局域網或GPRS網絡，實現遠程控制智能家居的各種設備。系統結構圖如圖1所示。

 

2.1 感應控制層

 

感應控制層由傳感器終端與控制終端組成，傳感器終端主要負責收集家庭環境的各種數據，包括室內溫度、濕度、煙霧濃度等，控制終端的主要作用是對家庭設備如照明、電視機、空調、窗簾與其他電器的控制。傳感器終端與控制終端并不是嚴格分離，如照明調節，需要由傳感器終端收集房間的光線亮度參數，然后由控制終端進行控制電燈的亮度。

 

傳感器終端都采用模塊化的設計方案，在微處理器單元的基礎上，添加傳感器與WIFI模塊或ZigBee模塊，傳感器終端通過WIFI或 ZigBee網絡與智能網關連接。WIFI模塊由于具有穩定性高、傳輸速度快、傳輸距離遠等特點，因此被廣泛應用在各類傳輸通信設備中。而ZigBee具有功耗極低、組網靈活、傳輸穩定等特點，因此可以應用在廚房等連接電源不方便的可燃氣體檢測設備里，在一個紐扣電池供電的情況下，可以工作6～24個月。

 

傳感器終端的微處理芯片主要由單片機與外圍電路組成，是該終端的核心組件，負責執行處理由WIFI、ZigBee等通信模塊傳送過來的指令。電源模塊與LED等模塊主要由電源燈與呼吸燈組成，當終端處于工作狀態，會顯示出不同的燈光組合，增加美感與識別功能。WIFI通信模塊與ZigBee模塊是一個通信模塊，焊接在基礎模塊上，通過此通信模塊，終端設備實現了可以無線連接家用路由器的，與智能網關通信的能力。通過此通信模塊，終端設備接收來自智能網關的命令，執行并反饋結果。

 

2.2 網絡通信層

 

由圖1可見，網絡通信層包括智能網關、路由器、網絡服務器、WIFI網絡和Internet等，其中，網關作為智能家居的核心設備，負責整個智能家居網絡的管理與協調，處理不同的通信協議之間的轉換，同時還要處理家庭多媒體娛樂的音視頻解碼等，除需保證其滿足安全性、穩定性和可靠性外，還要考慮到其性能。綜合考慮上述因素，選擇開源硬件樹莓派作為網關設備，該硬件具有新一代Broadcom BCM2836 800MHz ARM Cortex-A7四核處理器，采用1GB的RAM存儲器，帶VideoCore IV雙核GPU，最高支持HD 1080p視頻輸出，復合視頻(PAL/NTSC)輸出，立體聲音頻輸出，提供10/100 BaseT RJ45以太網插座，HDMI 1.3和1.4視頻/音頻插座，3.5mm 4極音頻/復合視頻輸出插孔插座，4個USB 2.0插座，15路MPI CSI-2連接器，用于Raspberry Pi高清攝像機(775～7731)，15路顯示串行接口連接器，MicroSD卡插座，從MicroSD卡啟動，運行Linux新操作系統版本，GPIO和串行總線的40引腳管座，通過MicroUSB插座，整塊硬件具有集成度非常高、運行速度快、性能高、外設豐富、二次開發方便等優點。

 

智能網關的作用主要有以下三個方面：

 

2.2.1 協議解析與轉換?？紤]到各種傳感器的功耗等特點，本設計采用了多網絡融合的模式進行組網，系統內包含WIFI與ZigBee網絡。ZigBee協議與互聯網中的TCP/IP協議并不兼容，要把基于Zigbee協議的網絡接入到TCP/IP協議網絡內，需要進行協議轉換。通過樹莓派系統的擴展板或通用接口(GPIO)外接ZigBee模塊，在傳感器終端多微芯片電路板上也焊接ZigBee模塊，然后在樹莓派系統內分配網絡ID號和網絡地址，網絡節點上電后，初始化內部資源，然后發送掃描信號請求連接，從而完成連接。借助z-stack協議棧，由ZigBee網絡傳送過來的ZigBee協議幀的解析就由 Linux系統完成，Linux系統解析完成后，將有效的數據存入指定內存空間中，供WIFI網絡使用，這樣就實現了多網融合。

 

2.2.2 數據收集與存儲。樹莓派提供豐富的外設接口，其中包括USB接口HDMI高清視頻接口。在樹莓派系統上安裝多媒體服務中心，將網關打造成一臺可以播放高清影視的多媒體服務器，通過USB接口，可以讀取到存儲在移動硬盤上的視頻文件。通過HDMI接口連接電視機，實現在電視上播放網絡視頻。此外，智能家居系統發送的各種信息，都可以通過樹莓派上的數據庫保存下來。

 

2.2.3 信息服務器承擔起內網與外網聯通的橋梁作用。其主要功能是負責溝通用戶手機APP應用端與智能網關的通信。由于網關處于內網，用戶在Internet上無法直接連接網關，因此，搭建一個MQ信息隊列服務器連接內網與外網就成了很關鍵的一個步驟。從用戶手機APP端發出的命令，通過MQ服務器，傳到內網的智能網關，再由智能網關轉發給各傳感器終端，從而實現控制家居設備。

 

2.3 應用層

 

智能家居通過用戶的手機APP進行控制家用設備，手機端APP應用包括Android版本與IOS版本，界面設計與功能基本一致。如圖2所示為手機的應用界面圖，用戶輸入賬號與密碼信息后，進入到系統內可以瀏覽到智能家居的信息。

 

3 結語

 

本文分析了智能家居的結構、功能與組成，采用以網關為中心，結合多網融合的方式，設計實現了以樹莓派系統為中心網關的智能家居系統，通過手機終端對智能家居的遠程控制與集中控制。實際使用效果證明，該系統具有很高的穩定性、可靠性與擴展性，兼具成本低廉、操作簡單等特點，具有一定的市場推廣與參考。